Mikrovlnné reliktní záření je reliktem velkého třesku

Reliktní záření: mikrovlnný svědek raných fází vývoje vesmíru - pozůstatek velkého třesku

Reliktní záření je mikrovlnné záření pozadí vesmíru a pozůstatkem (reliktem) po velkém třesku z éry záření. Tepelné spektrum reliktního záření, které má vlnovou délku 0,6 mm až 50 cm (frekvence 10⁸ až 10¹² Hz), odpovídá záření absolutně černého tělesa o teplotě asi 2,7 K s maximem na vlnové délce asi 2 mm.

V prvních okamžicích po velkém třesku (big bangu) dominovalo záření nad materií, neboť veškerá látka ve vesmíru bylo v ionizovaném stavu. Záření tedy bylo v tepelné rovnováze s látkou. Na základě studia reliktního záření se astrofyzikům podařilo odhadnout poměr mezi počtem baryonů a fotonů, stejně jako poměr částic a antičástic během hadronové éry vývoje vesmíru.

Vznik reliktního záření

Asi sekundu po big bangu teplota látky dosahovala okolo 10 miliard K. Vlivem expanze však v čase asi 380 000 let (dříve se uvádělo asi 700 000 až 720 000 let) po velkém třesku teplota látky poklesla na zhruba 3 000 K pro z (rudý posuv) = 1 000. Tedy na hodnotu, při které mohlo dojít k rekombinaci protonů a elektronů na jádra vodíku, hélia a případně těžších prvků.

Čtěte také: Rudý posuv, kosmologický posuv optického spektra

Záření se na přelomu éry záření a éry látky definitivně oddělilo od látky. Látka, jejíž opacita zásadně poklesla, pro záření zprůhledněla, neboť neutrální atomy rozptylují a pohlcují záření mnohem méně dychtivěji než volné elektrony. Záření se stalo trvalým reliktem horkých raných fází vývoje vesmíru.

Reliktní záření, mikrovlnné pozadí vesmíru, je na škálách nad 1´ izotropní (směrově nezávislé) s fluktuacemi nepřevyšujícími hodnotu 0,1 %. Analýzou dat z řady kosmických satelitů i pozemních antén nebyly objeveny zajímavé odchylky. Nepatrné fluktuace teploty reliktního záření mají na severní polokouli nižší amplitudu než na jižní polokouli. Byl zjištěn také multipólový rozvoj reliktního záření s vrcholem na l = 227° a b = -27° v galaktických souřadnicích.

Objev reliktního záření a zjištění jeho charakteru zásadním způsobem ovlivnilo přijetí teorie nestacionárního vývoje vesmíru, kterou již od roku 1948 razil George Gamow, Ralph Alpher, Roger Hermann a Bethe. Tito badatelé předpověděli existenci reliktního záření celých 17 let před jeho experimentálním zjištěním.

Předpovědi horkého vesmíru z pera těchto teoretických fyziků však nebyly brány vážně. Vlastně ještě někdy v 70. a 80. letech 20. století byla kosmogonie přijímána s velkými rozpaky a skepsí. Stejně jako úžasná kniha S. Weinberga "První tři minuty", která v překladu vyšla i u nás, a kterou jsem přečetl doslova jedním dechem. Dokonce opakovaně.

Objev reliktního záření

Reliktní záření objevili v roce 1965 Arno A. Penzias a Robert W. Wilson, kteří pracovali v Bellových laboratořích v New Jersey na Crawford Hillu instalované velice citlivé anténě s kryogenní přijímací aparaturou, která byla určena pro využití v radioastronomii. Za svůj objev obdrželi o 13 let později, v roce 1978, Nobelovu cenu za fyziku.

Reliktní záření detekovali A. Penzias a R. Wilson na vlnové délce 73,5 mm a jeho ekvivalentní teplotu odhadli na 3,5 K. Dnes se jeho uváděná hodnota pohybuje okolo 2,73 K. Na základě výsledků družice COBE, WMAP a Planck byla stanovena na 2,725 K, přesněji na na 2,725 48 ± 0,000 57 K. Ekvivalentní teplota reliktního záření se snížila z původních asi 3 000 K na dnešních 2,7 K adiabatickým rozpínáním vesmíru. Teplota reliktního záření se rovněž mění v závislosti na rudém posuvu. V dobré shodě si ji můžeme spočíst podle vztahu T = 2,725 . (1 + z).

Další související články: